نقشه مدار بی متال یکی از پرکاربردترین و در عین حال سادهترین مکانیزمها در مهندسی برق و کنترل است. این قطعه که بر پایه اصول فیزیکی انبساط حرارتی فلزات کار میکند، قلب تپنده بسیاری از سیستمهای حفاظتی و کنترلی مانند رلههای اضافه بار و ترموستاتها است. در این نوشته، نقشه مدار بی متال را به صورت کاملاً کاربردی و عملی بررسی میکنیم؛ به طوری که در انتها نه تنها با ساختار آن آشنا شوید، بلکه بتوانید نقشه آن را تحلیل و اجرا کنید.
بی متال چیست؟
پیش از ورود به نقشه مدار، باید دقیقاً بدانیم بی متال چیست و با چه قطعهای سروکار داریم. بی متال (Bimetallic Strip) از دو فلز با ضرایب انبساط حرارتی متفاوت تشکیل شده که با روشهایی مانند جوش یا پرچ به یکدیگر متصل شدهاند.
وقتی جریان الکتریکی از این مجموعه عبور میکند یا دمای محیط افزایش مییابد، گرما تولید میشود. از آنجایی که یکی از فلزات (مثلاً مس) بیش از دیگری (مثلاً اینوار) منبسط میشود، این نوار به سمت فلزی که انبساط کمتری دارد خم میشود.
این خمش یک نیروی مکانیکی قابل اعتماد و قابل پیشبینی تولید میکند که میتوان از آن برای باز یا بسته کردن یک کنتاکت الکتریکی استفاده کرد.
نقشه مسیر جریان در یک مدار بی متال ساده
برای درک نقشه، ابتدا باید مسیر جریان را ترسیم کنیم. در سادهترین حالت، یک مدار بی متال شامل اجزای زیر است:
-
منبع تغذیه (ورودی)
-
نوار بی متال (رسانا)
-
کنتاکت متحرک (نصب شده روی بی متال)
-
کنتاکت ثابت
-
بار (مصرفکننده مانند لامپ، موتور)
مسیر بسته شدن مدار:
جریان از فاز وارد نوار بی متال میشود. در حالت عادی (سرد)، نوار صاف است و کنتاکت متحرک به کنتاکت ثابت چسبیده است. بنابراین جریان از بی متال عبور کرده، از کنتاکتها گذشته و به بار (مثلاً یک لامپ) و سپس نول میرسد.
مسیر قطع شدن مدار:
با گرم شدن بی متال (به دلیل افزایش جریان یا دمای محیط)، نوار خم میشود. این خمیدگی باعث میشود کنتاکت متحرک از کنتاکت ثابت جدا شود. با جدا شدن کنتاکتها، مسیر جریان قطع شده و بار خاموش میشود. این دقیقاً مکانیزمی است که در یک مسئله کلاسیک فیزیک مطرح شده: “با گرم شدن نوار، کدام مدار قطع یا وصل میشود؟” که بسته به نحوه قرارگیری کنتاکتها، میتواند لامپ، موتور یا زنگ اخبار را فعال یا غیرفعال کند.
برای آشنایی با انواع بی متال وارد شوید.
نقشه داخلی بی متال در رله اضافه بار
کاربردیترین جایی که با نقشه بی متال سروکار دارید، رلههای اضافه بار حرارتی (Thermal Overload Relays) است که برای محافظت از موتورهای الکتریکی استفاده میشوند. نقشه پایه به این صورت است:
-
اتصال به کنتاکتور: رله اضافه بار معمولاً مستقیماً به خروجی یک کنتاکتور متصل میشود.
-
ورودیها: سه فاز ورودی (L1, L2, L3) از کنتاکتور به ترمینالهای بالای رله اضافه بار وارد میشوند.
-
مسیر داخلی: داخل رله، برای هر فاز یک المنت حرارتی (هیتر) وجود دارد که به دور یک نوار بی متال پیچیده شده یا در نزدیکی آن قرار گرفته است.
توجه: در برخی طراحیها، جریان مستقیماً از خود نوار بی متال عبور میکند (گرمایش مستقیم) و در برخی دیگر، المان حرارتی جریان اصلی را حمل کرده و گرما را به بی متال منتقل میکند (گرمایش غیرمستقیم) . -
خروجی به موتور: پس از عبور جریان از این مجموعه، برق از ترمینالهای پایین رله (T1, T2, T3) خارج شده و به سمت موتور میرود.
نقشه بخش فرمان (کنترل):
مهمترین بخش نقشه، کنتاکتهای کمکی رله است. رله اضافه بار یک کنتاکت بسته (NC) و یک کنتاکت باز (NO) دارد.
-
کنتاکت NC (ترمینالهای 95-96): این کنتاکت به صورت سری با بوبین کنتاکتور در مدار فرمان قرار میگیرد.
-
عملکرد: وقتی اضافه بار رخ میدهد، بی متال خم شده و پس از فعال شدن مکانیزم تریپ، این کنتاکت NC باز میشود. با باز شدن 95-96، جریان بوبین کنتاکتور قطع شده و کنتاکتور خاموش میشود و در نتیجه برق موتور کاملاً قطع میشود.
-
کنتاکت NO (ترمینالهای 97-98): این کنتاکت همزمان با تریپ رله بسته میشود و معمولاً برای روشن کردن یک لامپ سیگنال خطا یا ارسال آلارم به PLC استفاده میشود.
تحلیل نقشه فیوز حرارتی (سلف هیتر) با بی متال
در برخی از مدارها، به جای رله پیچیده، از یک بی متال ساده به عنوان فیوس حرارتی استفاده میشود. نقشه آن به این صورت است که بی متال مستقیماً در مسیر جریان مصرفکننده قرار میگیرد. اگر جریان بیش از حد مجاز شود، گرمای ایجاد شده در خود بی متال (که به عنوان یک مقاومت عمل میکند) باعث خم شدن آن و قطع تماس یک میکروسوئیچ میشود. این روش در محافظهای ساده لوازم خانگی کاربرد دارد.
تکنیکهای پیشبینی حرارت در نقشه بی متال
یک نقشه حرفهایتر که در ترموستاتهای قدیمی و دقیق استفاده میشود، اتصال پیشبینیکننده حرارت است .
در این نقشه، یک مقاومت (یا خودِ بخشی از نوار بی متال) به صورت سری با بار قرار میگیرد، اما یک سیمپیچ کوچک یا یک مسیر موازی نیز طراحی شده که بخشی از جریان را از بی متال عبور میدهد.
-
هدف: وقتی مدار در حالت بسته است و بخاری در حال کار است، جریان عبوری از این مسیر فرعی، گرمای مصنوعی کوچکی در بی متال ایجاد میکند. این کار باعث میشود بی متال کمی زودتر از موعد خاموش شود.
-
فایده: این تکنیک از افزایش بیش از حد دمای اتاق (Overshoot) جلوگیری میکند. در نقشههای قدیمی، تکنسین میتوانست با قطع کردن یک جامپر (سیم اتصال کوتاه) در محل نصب، میزان این مقاومت پیشبینی را بسته به جریان بار تنظیم کند.
برای خرید بی متال اشنایدر کلیک کنید.
عیبیابی سریع مدار بی متال
برای یک برقکار یا تکنسین، دانستن نقشه برای عیبیابی سریع ضروری است:
-
موتور استارت نمیزند و رله تریپ نداده است:
احتمال اول: کنتاکت NC (95-96) خراب شده است. با اهممتر چک کنید. باید در حالت عادی اتصال کوتاه نشان دهد. اگر باز است، رله حتی اگر تریپ نکرده باشد، اجازه روشن شدن به کنتاکتور را نمیدهد. -
رله زود به زود تریپ میدهد:
احتمال اول: جریان تنظیمی (Ampere Dial) روی رله اشتباه است. جریان تنظیمی باید دقیقاً برابر جریان نامی پلاک موتور باشد .
احتمال دوم: اتصالات در ترمینالهای رله شل است. اتصال شل باعث تولید گرما شده و گرما به بی متال منتقل میشود، حتی اگر جریان موتور نرمال باشد. -
رله اصلاً تریپ نمیدهد (خطر سوختن موتور):
علت: احتمالاً شخصی به اشتباه کنتاکت NC را از مدار حذف کرده یا بی متال بر اثر حرارت شدید قبلی تغییر شکل دائم داده و دیگر به حالت اول برنمیگردد.
نکات طلایی در سیمکشی عملی بی متال
-
سیم مناسب: برای اتصال کنتاکتهای قدرت، حتماً از سیم با سطح مقطع متناسب با جریان موتور استفاده کنید. کوچک بودن سیم خود عامل تولید گرما و تریپ بیمورد است.
-
محیط نصب: بی متال به دمای محیط حساس است . اگر تابلو برق در محیط بسیار گرمی نصب شده باشد، رله اضافه بار ممکن است در جریانی کمتر از جریان تنظیمی تریپ دهد. برخی رلهها دارای مکانیزم جبران دمای محیط هستند.
-
کلاس تریپ: روی نقشه یا پلاک رله به دنبال عبارت Class 10, Class 20 یا Class 30 بگردید . این عدد زمان تقریبی تریپ در ۶ برابر جریان نامی است. برای موتورهای معمولی Class 10 و برای بارهای سنگین اینرسی بالا Class 20 یا 30 مناسب است.
-
دکمه ریست: پس از هر تریپ، عجله نکنید. اجازه دهید بی متال خنک شود (معمولاً ۱ تا ۳ دقیقه) سپس دکمه Reset را فشار دهید. برخی رلهها قابلیت انتخاب بین ریست دستی و اتوماتیک را دارند . در کاربردهای صنعتی خطرناک، همیشه از حالت دستی (Manual) استفاده کنید تا از استارت ناگهانی موتور جلوگیری شود.
-
تست سلامت: دکمه تست (Test) روی رله اضافه بار را به طور دورهای فشار دهید. این کار عملکرد مکانیکی کنتاکتها را بررسی میکند و نباید از آن غافل شد.
سخن پایانی
در پایان، بی متال یک قطعه ساده اما بسیار حیاتی است. تسلط بر نقشه مدار آن، چه در نقش یک محافظ ساده و چه در قالب یک رله پیچیده صنعتی، از مهارتهای پایهای و ضروری برای هر تکنسین برق است. با درک صحیح از نحوه اتصال سری آن با بوبین کنتاکتور و تحلیل رفتار حرارتی آن، میتوانید مدارهایی ایمن و قابل اعتماد طراحی و عیبیابی کنید.
